Hiszpańscy naukowcy wymyślili oponę z wymiennym bieżnikiem

Koniec żywotności bieżnika nie musi już oznaczać, że cała opona nadaje się do kosza. Inżynierowie z Hiszpanii zaprojektowali oponę, w której zewnętrzną, ścieraną warstwę można zdemontować i wymienić na nową - i nie chodzi tu o klasyczne bieżnikowanie. Kluczem do tego pomysłu było porzucenie trwałego klejenia warstw gumy na rzecz mechanicznego połączenia, które musi wytrzymać obciążenia towarzyszące hamowaniu, przyspieszaniu i pokonywaniu zakrętów.

Ściera się tylko fragment, a wyrzucamy wszystko

Budowa typowej opony jest dużo bardziej złożona, niż mogłoby się wydawać na pierwszy rzut oka. Oprócz bieżnika znajdziemy w niej opasanie, karkas oraz stopki odpowiadające za osadzenie na feldze. Kłopot w tym, że o konieczności wymiany całego zestawu decyduje w praktyce tylko jedna, najbardziej zewnętrzna warstwa.

Bieżnik zuzywa się z każdym przejechanym kilometrem. Kiedy jego głębokość lub parametry przestają spełniać normy, trzeba pozbyć się całej opony, mimo że reszta konstrukcji wciąż działa bez zarzutu.

Naukowcy z Universidad Carlos III de Madrid postanowili ten schemat zmienić. W ramach projektu ECOTIRE korpus opony pozostaje w użyciu, a wymianie podlega jedynie osobny pas bieżnika, który - jak podają badacze - stanowi mniej niż 20 proc. łącznej masy opony.

Największa korzyść dotyczy ilości generowanych odpadów. Temat zagospodarowania zużytych opon jest na tyle poważny, że także w Polsce wprowadzane są zmiany przenoszące większą odpowiedzialność za ich odbiór i recykling na producentów. Celem ECOTIRE jest sprawienie, by większa część opony nie trafiała na śmietnik po zdarciu pierwszego bieżnika.

Bieżnik nie jest przyklejony, tylko zazębiony z resztą opony

W klasycznej oponie wszystkie warstwy są na stałe łączone już na etapie produkcji. Taki sposób łączenia wyklucza późniejszy demontaż bieżnika. Nowe mocowanie musi za to spełniać inny warunek - nie może dopuścić do przesunięcia bieżnika podczas gwałtownego hamowania czy dynamicznego pokonywania zakrętu.

Badacze zaprojektowali więc powierzchnię z geometrycznymi wypustkami, dzięki którym bieżnik zazębia się mechanicznie z korpusem opony. W jednym z wariantów elementy te mają kształt niewielkich piramid. Klej okazał się zbędny, a siły między obiema warstwami nadal rozkładają się na sporej powierzchni styku.

W najnowszych testach inżynierowie poddali przeprojektowane połączenie różnym obciążeniom. Okazało się, że zdolność przenoszenia sił wzdłużnych wzrosła o ponad 60 proc., sił poprzecznych o blisko 90 proc., a sztywność styczna przy mniejszych obciążeniach zwiększyła się nawet o 80 proc. w porównaniu z poprzednią wersją konstrukcji. Wymienny bieżnik ma sens tylko wtedy, gdy w trakcie jazdy zachowuje się jak integralna część koła, a nie jak nakładka, która odkleja się przy mocniejszym skręcie.

Guma ustąpiła miejsca silikonowi

Druga istotna zmiana dotyczy materiału, z którego wykonany jest sam bieżnik. Zespół testuje gumę silikonową, porównując jej odporność na zużycie i tarcie z tradycyjną gumą stosowaną w oponach. We wcześniejszych próbach silikon ścierał się około 10 razy wolniej i zachowywał bardziej stabilne właściwości.

Proces ścierania opon wiąże się z uwalnianiem do środowiska bardzo drobnych cząstek materiału. Jeśli warstwa mająca bezpośredni kontakt z asfaltem zużywa się wolniej, istnieje szansa na ograniczenie tej części emisji.

Na obecnym etapie jest to wciąż projekt badawczy, choć budzący spore zainteresowanie. Zespół dysponuje działającymi prototypami, które przeszły testy na stanowiskach odwzorowujących obciążenia występujące podczas toczenia się koła. Do homologowanej opony produkowanej masowo droga jest jednak jeszcze daleka. Badacze podkreślają, że zachowanie prototypu jest już na tyle zbliżone do klasycznego ogumienia, że można rozważać kolejny etap prac i współpracę z przemysłem.

Opona ostrzeże samochód przed poślizgiem

Wymienny bieżnik to w gruncie rzeczy dopiero połowa koncepcji ECOTIRE. Drugim filarem projektu ma być inteligentna opona wyposażona w czujniki. Obecnie elektronika w kołach kojarzy się kierowcom przede wszystkim z systemem TPMS kontrolującym ciśnienie, który dostarcza jednak bardzo ograniczony zakres informacji i w wielu autach ogranicza się do zgłoszenia nieprawidłowego ciśnienia w jednym z kół.

Hiszpański projekt zakłada dla opony dużo poważniejszą rolę. Czujniki mają mierzyć m.in. siły przekazywane na nawierzchnię, nacisk w punkcie styku z drogą, kąt znoszenia oraz dostępny współczynnik tarcia. Ten ostatni parametr wydaje się szczególnie istotny, bo dzięki niemu samochód mógłby otrzymywać informację o pogarszających się warunkach pod kołem. Jeśli opona wykryje sygnały wskazujące na oblodzenie albo zbliżający się aquaplaning, dane mogłyby trafiać bezpośrednio do systemów ADAS.

Dzięki temu ABS czy układ kontroli stabilności nie musiałyby reagować dopiero w momencie, gdy koło zacznie się realnie ślizgać. Opona pełniłaby funkcję dodatkowego czujnika monitorującego warunki na drodze.

Dawny pomysł w bardziej rozbudowanej wersji

Sama idea zachowania korpusu opony na dłużej nie jest niczym nowym. Od lat funkcjonuje bieżnikowanie, polegające na usunięciu zużytej warstwy i nałożeniu nowej na nadający się do dalszego użytku karkas. Metoda ta jest szczególnie rozpowszechniona w transporcie ciężkim, choć stosuje się ją także w oponach do samochodów osobowych.

ECOTIRE idzie jednak krok dalej, projektując oponę od podstaw z myślą o wielokrotnej wymianie bieżnika. Dzięki modułowej budowie nie ma potrzeby usuwania starej gumy ani trwałej wulkanizacji nowej warstwy.

Podobny kierunek rozwoju prezentował już kilka lat temu Continental w prototypie Conti GreenConcept, który również zakładał odnawianie bieżnika przy zachowaniu pozostałych elementów opony. Hiszpański zespół rozwija tę koncepcję, łącząc wymienność bieżnika z mechanicznym mocowaniem, alternatywnym materiałem oraz rozbudowaną warstwą czujników.

Gdyby tego typu konstrukcja trafiła kiedyś do produkcji na dużą skalę, najbardziej odczuwalna zmiana mogłaby być zaskakująco prozaiczna. Dziś kierowcy zastanawiają się, kiedy wymienić całe opony. W przyszłości mechanik mógłby najpierw ocenić stan korpusu i wymienić wyłącznie tę część, która faktycznie uległa starciu o asfalt.